PREFABRYKACJA BETONOWA – PODWÓJNE ZESPOLENIE, KTÓRE SIĘ OPŁACA
Belki PFEIFER-Hybridbeam to podwójne zespolenie materiałów, które na pewno się opłaca – błyskawiczny i wygodny montaż (bez rusztowań, bez podpierania), odporność ogniowa w standardzie, przenoszenie obciążeń już w fazie montażu, dobór parametrów pod indywidualny projekt.
Zespolone belki stropowe PFEIFER-Hybridbeam (rys. 1) zaprojektowano jako konstrukcję wsporczą dla płyt stropowych z żelbetu monolitycznego, prefabrykatów strunobetonowych, półprefabrykatów typu filigran czy też innych płyt kompozytowych. Belki PFEIFER-Hybridbeam są gotowym prefabrykatem powstałym wskutek zespolenia stali budowlanej i żelbetu. Pozioma półka z blachy stalowej z przyspawanymi dwoma pionowymi środnikami przejmuje naprężenia rozciągające, natomiast zawarty między środnikami korpus żelbetowy – naprężenia ściskające. Te dwa elementy przekroju belki o diametralnie różnych właściwościach fizykalnych, połączone ze sobą trzpieniami główkowymi przyspawanymi do wewnętrznych płaszczyzn stalowych środników, tworzą hybrydowy kompozyt o wysokiej wytrzymałości (tzw. pierwsze zespolenie, rys. 2a). Opuszczając zakład produkcyjny belka PFEIFER-Hybridbeam jest już pełnym prefabrykatem, który po przetransportowaniu na budowę można od razu wbudować w strop i obciążyć. Belki PEIFER-Hybridbeam można stosować w stropie jako dowolne oparcie dla płyt: pośrednie, skrajne czy też jako element dylatacji (rys. 3).
Drugie zespolenie
Istotnym warunkiem uzyskania pełnej (dużo wyższej) nośności użytkowej belek zespolonych jest zapewnienie ich monolitycznego połączenia z płytami stropowymi (tzw. drugie zespolenie, rys. 2b). Efekt ten uzyskuje się przy użyciu zbrojenia zszywającego oraz betonu zalewowego w fugach kontaktowych belek ze stropem oraz kanałach montażowych. W ten sposób znacznie poszerza się obszar przepływu trajektorii naprężeń ściskających, włączając do współpracy z belką sąsiadujący obszar stropu (rys. 4). Zbrojenie zszywające jest przekładane przez otwory montażowe w środnikach belki PFEIFER-Hybridbeam i wprowadzane do otwartych kanałów płyt, po czym zalewane zaprawą betonową zagęszczaną na budowie (rys. 5). Redystrybucja obciążeń na sąsiadujące z belkami płyty następuje dzięki zespoleniu za pomocą zbrojenia, zadyblowania w betonie, siłom adhezji między betonem i stalą budowlaną oraz siłom tarcia. Szerokość strefy współpracującej można wyznaczyć z równania równowagi sił ścinających w fudze i sił ściskających w żelbetowym przekroju zastępczym. Realizację podwójnego zespolenia belki PFEIFER- -Hybridbeam pokazano na rys. 2. Nośność belki PFEIFER-Hybridbeam w stanie montażu jest określana dla przekroju osłabionego otworami montażowymi bez wypełnienia betonem zalewowym. Znaczna sztywność na zginanie i skręcanie, osiągana dzięki zespoleniu już we wczesnym stadium budowlanym przez belkę PFEIFER-Hybridbeam, pozwala wykluczyć konieczność stosowania podpór pomocniczych – i to bez względu na porządek układania płyt stropowych (rys. 6). Jest to istotna korzyść dla ekipy montażowej w przypadku układania stropów na dużej wysokości, gdzie podparcie belek wymagałoby zastosowania rusztowań, a co za tym idzie – dużych nakładów czasu i pieniędzy.
Metoda obliczeniowa
Nośność graniczna belek zespolonych w stanie użytkowania jest standardowo obliczana według PN-EN 1994-1-1 z uwzględnieniem strefy współpracy stropu. Dostępne powszechnie w Eurokodach pomoce obliczeniowe okazały się jednak niewystarczające do określenia nośności belek PFEIFER-Hybridbeam. Nie zawierają one jeszcze algorytmów pozwalających na bezpieczne wymiarowanie poziomo umieszczonych łączników, tj. trzpieni główkowych służących do zespolenia stali budowlanej z betonem. Trudne byłoby również – bez wykonania szeregu badań empirycznych – tylko teoretyczne określenie szerokości współpracującego z belką stropu. Dzięki badaniom wytrzymałościowym przeprowadzonym na belkach PFEIFER-Hybridbeam w warunkach laboratoryjnych i poligonowych w pasmach rzeczywistych stropów, które obciążano w sposób powierzchniowy, inżynierom firmy PFEIFER Steel Production Poland udało się opracować metodę obliczeniową i dokonać jej kalibracji. PFEIFER Steel Production Poland, producent belek PFEIFER- -Hybridbeam, dysponuje dziś szerokim asortymentem belek zespolonych dostosowanych do stropów o wysokości od 20 do 50 cm i rozpiętości do 16 m. Belki wyposażone są w systemowe łączniki, które pozwalają dostosować oparcie belek do każdych warunków projektowych. Belki PFEIFER-Hybridbeam to przede wszystkim elementy nośne dla płaskich stropów typu slim floor stosowanych w budynkach biurowych, ale można je również wykorzystać np. przy realizacji parkingów wielopoziomowych o zwiększonym rozstawie słupów.
mgr inż. Jerzy Derysz Kierownik Działu Projektowego PFEIFER Steel Production Poland
